一、蒸氣壓縮式制冷原理

    蒸氣制冷是利用某些低沸點的液態(tài)制冷劑在不同壓力下汽化時吸熱的性質來實現(xiàn)人工制冷的。

    在制冷技術中，蒸發(fā)是指液態(tài)制冷劑達到沸騰時變成氣態(tài)的過程。液態(tài)變成氣態(tài)必須從外界吸收熱能才能實現(xiàn)，因此是吸熱過程，液態(tài)制冷劑蒸發(fā)汽化時的溫度叫做蒸發(fā)溫度，凝結是指蒸汽冷卻到等于或低于飽和溫度，使蒸汽轉化為液態(tài)。

    在日常生活中，我們能夠觀察到許多蒸發(fā)吸熱的現(xiàn)象。比如，我們在手上擦一些酒精，酒精很快蒸發(fā)，這時我們感到擦酒精部分反應很涼。又如常用的制冷劑氟利昂F—12液體噴灑在物體上時，我們會看到物體表面很快結上一層白霜，這是因為F—12的液體噴到物體表面立即吸熱，使物體表面溫度迅速下降(當然這是不實用的制冷方法，制冷劑F—12不能回收和循環(huán)使用)。目前一些醫(yī)療機構采用的冷凍療法即是利用了這一原理。

    蒸氣壓縮式制冷是利用液態(tài)制冷劑汽化時吸熱，蒸汽凝結時放熱的原理進行制冷的。

    二、制冷循環(huán)

    壓縮機是保證制冷的動力，利用壓縮機增加系統(tǒng)內制冷劑的壓力，使制冷劑在制冷系統(tǒng)內循環(huán)，達到制冷目的。開始壓縮機吸入蒸發(fā)制冷后的低溫低壓制冷劑氣體，然后壓縮成高溫高壓氣體送冷凝器；高壓高溫氣體經(jīng)冷凝器冷卻后使氣體冷凝變?yōu)槌馗邏阂后w；當常溫高壓液體流入熱力膨脹閥，經(jīng)節(jié)流成低溫低壓的濕蒸氣，流入蒸發(fā)器，從周圍物體吸熱，經(jīng)過風道系統(tǒng)使空調房間溫度冷卻下來，蒸發(fā)后的制冷劑回到壓縮機中，又重復下一個制冷循環(huán)，從而實現(xiàn)制冷目的。

    三、制冷劑在制冷系統(tǒng)中狀態(tài)

    從壓縮機出口經(jīng)冷凝器到膨脹閥前這一段稱為制冷系統(tǒng)高壓側；這一段的壓力等于冷凝溫度下制冷劑的飽和壓力。高壓側的特點是：制冷劑向周圍環(huán)境放熱被冷凝為液體，制冷劑流出冷凝器時，溫度降低變?yōu)檫^冷液體。

    從膨脹閥出口到進入壓縮機的回氣這一段稱為制冷系統(tǒng)的低壓側，其壓力等蒸發(fā)器內蒸發(fā)溫度的飽和壓力。制冷劑的低壓側段先呈濕蒸氣狀態(tài)，在蒸發(fā)器內吸熱后制冷劑由濕蒸氣逐漸變?yōu)槠麘B(tài)制冷劑。到了蒸發(fā)器的出口，制冷劑的溫度回升為過熱氣體狀態(tài)。過冷液態(tài)制冷劑通過膨脹閥時，由于節(jié)流作用，由高壓降低到低壓(但不消耗功、外界沒有熱交換）；同時有少部分液態(tài)制冷劑汽化，溫度隨之降低，這種低壓低溫制冷劑進入蒸發(fā)器后蒸發(fā)（汽化）吸熱。低溫低壓的氣態(tài)制冷劑被吸入壓縮機，并通過壓縮機進入下一個制冷循環(huán)。

    四、制冷量

    在制冷循環(huán)中，循環(huán)流動的每千克制冷劑從被冷卻物體吸收的熱量叫做單位重量制冷量，用符號q表示，單位是kcal/kg，單位重量制冷量是表示制冷循環(huán)效果的一個特殊參數(shù)，這由制冷劑的性質，循環(huán)溫度等條件決定，蒸發(fā)溫度越低，冷凝溫度越高，其值越小，反之越大。制冷裝置的產冷量是單位時間內從被冷卻物體吸收并在冷凝器中放掉的熱量，用符號Q表示，單位是kcal/kg。Q值的大小等于冷重量流量G與單位重量制冷量q的乘積，即：

    Q＝G?q

    在實際工作中，有時為了方便的獲得制冷量的粗略計算也可通過下式計算

    Q＝L?(t2－t1)

    式中L循環(huán)風量，(t2－t1)為進出風溫度差。

    在日本、歐美等國家制冷量常用冷噸來表示，但日本冷噸與美國冷噸在數(shù)值上略有差別，在日本，產冷量的單位用日本冷噸，1日冷噸表示1000克0oC的水在24小時內制成0oC的冰所消耗的冷量：

    1日冷噸＝3320kcal／h

    1美冷噸＝3024Lcal／h

    常用制冷量的單位換算：

    1KW=860kcal/h(大卡／小時)

    1kcal／h＝3.968BTU／h(英熱單位／小時)

    五、制冷劑

    制冷劑是進行制冷循環(huán)的工作物質。

    （一）對制冷劑的要求

    理想的制冷劑要求化學性質是無毒、無刺激性氣味、對金屬腐蝕作用小、與潤滑油不起化學反應，不易燃燒、不易爆炸、并且要求制冷劑有良好的熱力學性質，即在大氣壓力下它在蒸發(fā)器內的蒸發(fā)溫度要低、蒸發(fā)壓力最好與大氣壓相近；制冷劑在冷凝器中、冷凝溫度對應的壓力要適中，單位制冷量要大，汽化熱要大，而液體的比熱要小，氣體的比熱要大。要求制冷劑的物理性質：凝固溫度要低、臨界溫度要高(最好高于環(huán)境溫度)，導熱系數(shù)和放熱系數(shù)要大，比重和粘度要小，泄漏性要小。

    （二）制冷劑的種類

    制冷劑種類很多，實際應用時可根據(jù)制冷劑類型，蒸發(fā)溫度、冷凝溫度和壓力等熱力學條件以及制冷設備的使用地點來考慮。制冷劑可分為四類：即無機化合物、碳氫化合物、氟里昂和共沸溶液。

    1、無機化合物制冷劑有氨、水和二氧化碳等；

    2、碳氫化合物制冷劑有乙烷、丙烯等；

    3、氟里昂(FREON)是十九世紀三十年代開始使用的一種制冷劑，比氨晚60年左右，它是飽和碳氫化合物的鹵族(氟、氯、溴)衍生物的總稱，或者說是由氟、氯和碳氫化合物組成的。目前作為制冷劑用的主要是甲烷(cH4)和乙烷(C2H6)中的氫原子、全部或部分被氟氯溴的原子取代而形成的化合物，除名稱而外，化學分子式規(guī)定了氟里昂各種類別的縮寫代號。

    ①氟里昂的縮寫代號把不含氫原子的氟里昂分子化合物的起首數(shù)編為1，乙烷編為11，丙烷(C3H8)編為21，然后寫上氟原子數(shù)。例如F—12，稱為二氯二氟甲烷，分子式CF2CL2中有一個碳原子，不含氫為甲烷。故起首數(shù)編為1，又有2個氟原子，故編寫成F—12。

    ②把含氫的甲烷衍生物數(shù)字首位定為l，再加上氫原子數(shù)目為起首數(shù)。

然后寫上氟原子例如F—22(CHF2CL)又叫一氯二氟甲烷，因為甲烷是1，氫原子數(shù)為1，相加為2，又有氟原子數(shù)為2，所以縮寫成F—22。

    4、共沸溶液是由兩種以上制冷劑組成的混合物。蒸發(fā)和冷凝過程也不分離。就像一種制冷劑一樣。目前實用的有R500、R502等。與R22相比其壓力稍多，制冷能力在較低溫度下提高13％左右。此外在相同蒸發(fā)溫度和冷凝溫度下。壓縮機的排氣溫度較低。可以擴大單組壓縮機的使用溫度范圍，所以發(fā)展前景看好。

    關于制冷劑對大氣環(huán)境的污染問題，這是關系到人類健康和生存的大事，也是我們大家共同關心的問題。多年來很多專家為此進行了深入研究，一種新的CFC替代品，不僅對大氣臭氧層損耗潛值(ODP)為零，更重要的是制冷劑排放入大氣對溫室效應的直接影響造成全球變暖潛值(GwP)方面也必須符合要求。臭氧層破壞，已經(jīng)成為全球普遍關注的環(huán)境焦點問題，國際社會分別于1985年和1987年制定了《保護臭氧層維也納公約》和《關于消耗臭氧層物質的蒙特利爾議定書》，中國于1991年加入了《蒙特利爾議定書》國際公約組織，并承諾了消耗臭氧層物質的控制時間表，即R12和R22的完全淘汰時間分別于2010年和2030年。目前許多R12和R22的替代產品正相繼問世，例如：R134a、R600aKLB、R407c等等。它們的使用效果和各項性能指標的對比，正在通過實驗室和實際運用不斷得以反饋，我們相信隨著時間的推移和科技不斷進步，性能更加卓越、更符合環(huán)保要求、更具性價比競爭能力的制冷劑將會更多的應用于制冷空調行業(yè)當中。